物料掃碼校驗(yàn)庫(kù)在食品飲料行業(yè)中的應(yīng)用

◎ 施紀(jì)偉，張孟哲，范 果

（西門子（中國(guó)）有限公司，北京 100102）

1 研究背景

當(dāng)今飲料行業(yè)發(fā)展中，企業(yè)需利用有限資源適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的多元化需求，消費(fèi)者對(duì)食品質(zhì)量與安全的關(guān)注日益提高，企業(yè)無(wú)法承受一次質(zhì)量事故帶給品牌的沖擊。因此，為了對(duì)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的全面控制達(dá)到最佳性能，在保證產(chǎn)品質(zhì)量與安全的同時(shí)，提升效率，自動(dòng)化便成為其中十分關(guān)鍵的推動(dòng)力之一[1]。

2 提出問(wèn)題

通過(guò)對(duì)數(shù)家知名飲料企業(yè)的調(diào)研，總結(jié)了飲料行業(yè)內(nèi)小料投放的基本流程，見圖1。①車間調(diào)度管理員在ERP系統(tǒng)上接收訂單，交給車間主任進(jìn)行手工排產(chǎn)。②車間主任將排產(chǎn)后的訂單交給配料車間的小料備料工和配料工。③備料工收到訂單后，根據(jù)紙質(zhì)配方表，進(jìn)行小料質(zhì)量計(jì)算、稱量。稱量好后需在小料袋的外側(cè)使用記號(hào)筆記錄名稱、質(zhì)量等信息，之后存放在小料暫存架上。④配料工當(dāng)班生產(chǎn)時(shí)，到小料間領(lǐng)取小料，根據(jù)紙質(zhì)配方表進(jìn)行投料配料，投料結(jié)果填寫在紙質(zhì)報(bào)表上。

經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)以上流程存在以下問(wèn)題及隱患。①?zèng)]有訂單管理系統(tǒng)。②沒有配方管理系統(tǒng)。③手工計(jì)算，數(shù)量易出錯(cuò)。④手寫標(biāo)識(shí)，不易識(shí)別。⑤沒有防錯(cuò)機(jī)制，易出現(xiàn)錯(cuò)投、漏投、多投等事故。⑥沒有投料提示，新員工難以快速適應(yīng)崗位。⑦只有紙質(zhì)記錄，難以統(tǒng)計(jì)和管理，不便質(zhì)量追溯。

3 解決方案

3.1 實(shí)現(xiàn)配方管理

通過(guò)配方管理功能，實(shí)現(xiàn)所有產(chǎn)品配方的統(tǒng)一管理，該功能可授權(quán)工藝人員使用，在系統(tǒng)上完成配方的新建和修改，其他未授權(quán)人員無(wú)法進(jìn)行配方的管理。配方中可給出各種配料的物料名稱、物料代碼、單位配料量、投料序等信息。

3.2 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)管理

生產(chǎn)主管可根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，自動(dòng)或手動(dòng)編制生產(chǎn)任務(wù)單，并分別下達(dá)給配料車間的備料部門和配料部門，再由操作工根據(jù)任務(wù)清單進(jìn)行備料和配料工作，直至生產(chǎn)任務(wù)完成。生產(chǎn)主管可對(duì)整個(gè)配料過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，或調(diào)整生產(chǎn)任務(wù)的順序。

3.3 實(shí)現(xiàn)物料編碼和校驗(yàn)

備料部門根據(jù)訂單對(duì)每鍋次需要的物料進(jìn)行稱量和打碼，配料部門根據(jù)訂單依次校驗(yàn)和投料，保證原料的正確投放，避免錯(cuò)投原料帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和質(zhì)量問(wèn)題。

3.4 實(shí)現(xiàn)操作指導(dǎo)

通過(guò)配方管理和生產(chǎn)任務(wù)單的下達(dá)，為工人在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中提供了明確的操作指導(dǎo)，在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示本步驟的操作內(nèi)容，讓工人按照配方進(jìn)行生產(chǎn)，規(guī)范工人的操作，降低操作的隨意性。

3.5 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程可追溯

將投料信息記錄到系統(tǒng)里，自動(dòng)建立真實(shí)、有效的生產(chǎn)配料記錄，與手工筆記相比具有規(guī)范高效、簡(jiǎn)單快速、信息全面、不易出錯(cuò)等優(yōu)點(diǎn)，并為以后的生產(chǎn)報(bào)表提供豐富的數(shù)據(jù)來(lái)源[2]。

3.6 經(jīng)濟(jì)性與簡(jiǎn)潔性

模塊化結(jié)構(gòu)，減少開發(fā)成本，并根據(jù)不同廠家的需求，實(shí)現(xiàn)上述全部或者部分功能，提供不同檔次的整體解決方案。為此，本研究開發(fā)了一套用于食品飲料行業(yè)的配料掃碼驗(yàn)證庫(kù)，可以自定義條碼打印模板；可按任務(wù)信息進(jìn)行條碼打印；可進(jìn)行條碼掃描校驗(yàn)；可對(duì)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯；操作簡(jiǎn)單便捷，人機(jī)交互界面友好。

3.7 配料掃碼驗(yàn)證庫(kù)設(shè)計(jì)

3.7.1 功能塊

配料掃碼驗(yàn)證庫(kù)主要包括10個(gè)PLC功能塊。①OB1：Main：主系統(tǒng)塊。②FC1：QR record：數(shù)據(jù)記錄程序塊。③FC2：QR check：數(shù)據(jù)校驗(yàn)程序塊（調(diào)用本地校驗(yàn)程序和PM下發(fā)任務(wù)校驗(yàn)）。④FC3：Local sequence compare：本地投料序內(nèi)數(shù)據(jù)校驗(yàn)程序塊。⑤FC4：Local job：本地校驗(yàn)程序塊。⑥FC5：Main show：屏幕顯示數(shù)據(jù)程序塊。⑦FC8：Main mix：混料程序塊。⑧FC9：Local recipe：本地校驗(yàn)配方管理程序塊。⑨DB2：My Date Log：數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)塊。⑩DB11：recipe02：總數(shù)據(jù)塊[3]。

3.7.2 功能介紹

（1）車間中控室配備基于PM-control平臺(tái)開發(fā)的訂單及配方管理系統(tǒng)。錄入配方數(shù)據(jù)，包括小料名稱、單體體積所需小料質(zhì)量、每種小料的投料序等信息。在收到車間調(diào)度員下發(fā)的生產(chǎn)任務(wù)，或者從ERP系統(tǒng)獲取到生產(chǎn)任務(wù)后，選擇對(duì)應(yīng)配方創(chuàng)建訂單。大訂單會(huì)按照設(shè)定的規(guī)則拆分成按鍋次排列的訂單，并生成每鍋次所需要的小料清單。小料清單按鍋次排列下發(fā)至小料間的備料管理系統(tǒng)及配料間的投料系統(tǒng)。

（2）小料間配備基于WINCC平臺(tái)上開發(fā)的備料管理系統(tǒng)。操作工根據(jù)收到的小料清單進(jìn)行小料稱量，并可通過(guò)掃描槍錄入大包原料的信息，最后進(jìn)行標(biāo)簽打印，將標(biāo)簽貼到稱量好的小料袋上。一鍋料所需的小料備好，送至對(duì)應(yīng)鍋次小料暫存區(qū)域。

（3）配料操作工在得到生產(chǎn)任務(wù)后，到小料暫存區(qū)域取相應(yīng)鍋次小料，預(yù)備配料。

（4）觸摸屏上顯示按鍋次排列的訂單信息。配料時(shí)，在屏幕選擇訂單并分配配料罐。根據(jù)畫面提示，進(jìn)行掃碼投料，校驗(yàn)標(biāo)簽信息，如投料錯(cuò)誤，校驗(yàn)不能通過(guò)，操作工檢查后重新投料，投料成功后可進(jìn)行下一步投料動(dòng)作。投料成功后可以直接控制攪拌和泵出等動(dòng)作，也可以發(fā)送信號(hào)作為投料口開閉、攪拌電機(jī)開停條件。

（5）每一步投料動(dòng)作及條形碼都記錄到PLC中，并返回信息至PM系統(tǒng)，作為質(zhì)量追溯的依據(jù)。

3.7.3 環(huán)境配置

需要配置的硬件環(huán)境有：Siemens SIMATIC S7-1511、TP1200 Comfort和IPC547G。軟件環(huán)境包括：STEP7 Basic V15.1、WinCC Comfort V15.1和 WinCC PM-Control V11.5[4]。

打印功能由IPC控制打印機(jī)實(shí)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)稱重與掃碼，還應(yīng)當(dāng)另行準(zhǔn)備臺(tái)秤、打印機(jī)及掃碼槍。

3.7.4 操作說(shuō)明

配料操作步驟如下。①模式選擇：在“模式選擇”下拉菜單中選擇PM模式，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕。②作業(yè)請(qǐng)求：進(jìn)入掃碼校驗(yàn)畫面，點(diǎn)擊“請(qǐng)求”按鈕，PM下發(fā)任務(wù)信息至PLC中。包括批次號(hào)、鍋次號(hào)、物料名稱、物料質(zhì)量、投料序等。③掃碼與確認(rèn)：點(diǎn)擊“校驗(yàn)”按鈕，進(jìn)入物料校驗(yàn)流程。當(dāng)前投料序所需要的物料校驗(yàn)結(jié)果圖標(biāo)顯示紅色并閃爍。掃描物料袋子上的二維碼。如果物料的批次號(hào)、鍋次號(hào)、名稱、質(zhì)量和投料序都正確，此條物料信息校驗(yàn)通過(guò)。每一投料序驗(yàn)證結(jié)束后畫面顯示“混料”按鈕，并閃爍。按下此按鈕后可根據(jù)用戶需求，發(fā)送信號(hào)至配料PLC，小料系統(tǒng)進(jìn)行加水、攪拌、泵出等一系列動(dòng)作，也可以在此系統(tǒng)中彈出攪拌畫面，實(shí)現(xiàn)上述功能。④混料：點(diǎn)擊“混料”按鈕，彈出混料畫面。此畫面可設(shè)置混料時(shí)間，泵出時(shí)間可根據(jù)用戶需求使用液位控制或者時(shí)間控制。依次按下“攪拌”按鈕、“泵”按鈕進(jìn)行物料的攪拌和泵出動(dòng)作。攪拌和泵出動(dòng)作都完成后，顯示“完成”，并綠色閃爍。⑤投料序切換：攪拌和泵出動(dòng)作都完成后，點(diǎn)擊“完成”按鈕，進(jìn)入下一步的投料序校驗(yàn)。⑥投料結(jié)束：全部投料序校驗(yàn)完成后，顯示“確認(rèn)”，并綠色閃爍。點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕，此次投料過(guò)程結(jié)束。

3.7.5 訂單與配方

使用WinCC+PM進(jìn)行訂單與配方的下發(fā)。①配方的創(chuàng)建：打開PM-Control中的配方系統(tǒng)，進(jìn)行配方的創(chuàng)建。在配方頁(yè)中創(chuàng)建配方組及配方，隨后在參數(shù)分配頁(yè)中，通過(guò)拖拽配置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；在參數(shù)值頁(yè)中，對(duì)參數(shù)分配進(jìn)行配置，自定義物料信息；在產(chǎn)品頁(yè)中創(chuàng)建產(chǎn)品組及產(chǎn)品，隨后在產(chǎn)品的分配頁(yè)中，對(duì)生產(chǎn)單元進(jìn)行配置；保存配方。②訂單的創(chuàng)建：在PMControl中的工作視圖中創(chuàng)建訂單，可選擇僅備料模式或者備、投料模式。③標(biāo)簽打印：運(yùn)行庫(kù)文件中的啟動(dòng)打印程序，點(diǎn)擊打印按鈕，打印程序會(huì)刷新當(dāng)前訂單中的數(shù)據(jù)，并按預(yù)定義的模板進(jìn)行打印作業(yè)。④打印模板編輯：點(diǎn)擊模板編輯按鈕，打開模板編輯界面[5]。

3.7.6 批次記錄

批次生產(chǎn)記錄以CSV格式歸檔在PLC的數(shù)據(jù)日志中，可通過(guò)瀏覽器登錄S7-1 500PLC的數(shù)據(jù)日志查看。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究設(shè)計(jì)的物料掃碼校驗(yàn)庫(kù)能夠幫助食品飲料行業(yè)用戶在進(jìn)行配料環(huán)節(jié)時(shí)，通過(guò)技術(shù)的手段輔助人工操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化應(yīng)用的功能，以廉價(jià)的費(fèi)用和較低的改造成本來(lái)保障配料過(guò)程的操作可靠、信息可靠、數(shù)據(jù)電子化、信息可追溯化。